4.1. Khảo sát ảnh hưởng áp suất đồng hố đến sự ổn định của hệ nhũ tương. Trong thí nghiệm này, chúng tơi lần lượt sử dụng áp lực là 100, 150, 200, 250, 300 bar trong quá trình đồng hố mẫu sữa dừa. Tất cả các mẫu sữa dừa đều được bổ sung hỗn hợp phụ gia với thành phần như sau (tính theo khối lượng nguyên liệu)
Xanthan gum : 0,30%
CMC : 0,30%
Tween 80 : 0,30%
BHT : 0,025%
Sau quá trình tiệt trùng, cấu trúc của hệ nhũ tương bị biến đổi. Do đĩ, sau khi thực hiện xong quá trình đồng hố, chúng tơi rĩt mẫu vào bao bì kim loại, tiệt trùng (1200C, 30 phút) rồi sau đĩ mới lấy mẫu đem đi phân tích chỉ số Nizo và xác định độ nhớt.
Các mẫu thí nghiệm trên đều được thực hiện với 3 lần lặp lại để cĩ thể kiểm định thống kê.
Kết quả thí nghiệm xác định chỉ số Nizo được trình bày trong bảng 10 và hình 16.
Bảng 10: Chỉ số Nizo của các mẫu được đồng hĩa ở các áp suất khác nhau Áp suất đồng hố (bar) Chỉ số Nizo Chỉ số Nizo trung bình
100 97.4 97.2 97.8 97.5a
150 97.5 97.6 98.0 97.7a
200 98.1 98.1 97.8 98.0a
250 98.3 98.4 98.6 98.4b
300 98.5 98.8 98.1 98.5b
Hình 16: Chỉ số Nizo của mẫu sữa dừa ứng với các giá trị áp lực đồng hĩa khác nhau
Xét về mặt lý thuyết, khi tăng áp lực đồng hĩa sẽ làm giảm kích thước của các hạt cầu béo, phân bố chúng đều hơn trong dung dịch và ngăn cản sự hợp giọt, làm tăng khả năng ổn định về mặt vật lý và hĩa lý của sản phẩm. Ngược lại, áp lực đồng hĩa thấp sẽ khơng đủ năng lượng để cĩ thể phá vỡ các chùm béo (Floury, 2000).
Tuy nhiên, dựa vào bảng 10, chúng ta cĩ thể thấy rằng sự khác biệt về chỉ số Nizo của các mẫu thí nghiệm là rất nhỏ, nghĩa là hiệu quả đồng hĩa ở các giá trị áp suất đã khảo sát là như nhau. Nguyên nhân cĩ lẽ là do độ nhớt của sữa dừa khá cao nên giá trị lực ly tâm sử dụng theo phương pháp Nizo(1000rpm/phút) khơng đủ mạnh để phân tách thành phần béo cĩ trong mẫu sữa dừa trong quá trình ly tâm.
Cũng theo Floury (2000), hệ nhũ tương thu được khi đồng hĩa với áp suất thấp thì thể hiện tích chất của dịng chảy Newton (Newtonian flow behavior) với độ nhớt thấp do khơng cĩ sự tương tác giữa các phần tử. Khi áp lực đồng hĩa tăng lên, độ nhớt của hệ nhũ sau đồng hĩa cũng tăng, điều này được giải thích là do cĩ sự tương tác mạnh giữa các phần tử trong hệ nhũ. Hơn nữa, nghiên cứu của Vitali và cộng sự (1985) đã cho rằng do cĩ hàm lượng chất béo cao, sữa dừa thể hiện tính chất của một chất “giả dẻo” (pseudoplastic) ở nhiệt độ 15 – 500C. Simuang và cộng sự (2004) cũng đưa ra một kết luận tương tự khi làm thí nghiệm với sữa dừa cĩ hàm lượng béo từ 15 – 30% ở nhiệt độ 70 – 900C.
Theo McClements (2002), một trong những yếu tố ảnh hưởng lớn đến sự tách pha của hệ nhũ tương đĩ là độ nhớt vì nĩ ảnh hưởng đến sự tách pha do trọng lực của hệ nhũ. Chúng tơi cũng tiến hành đo độ nhớt của các mẫu sữa dừa sau khi đồng hĩa. Kết quả của thí nghiệm đo độ nhớt được trình bày trong bảng 11 và hình 17.
Dựa vào đồ thị hình 17, chúng ta cĩ thể thấy rằng khi tăng áp suất đồng hĩa từ 100 bar đến 300 bar thì độ nhớt của sữa dừa cũng tăng theo. Tuy nhiên, khi áp suất tăng cao hơn 200bar thì mức độ tăng độ nhớt của sữa dừa là khơng lớn. Theo lý thuyết, độ nhớt càng cao thì khả năng tách pha càng khĩ xảy ra. Do đĩ chúng tơi đề xuất chọn áp suất đồng hĩa sử dụng cho sữa dừa là 200bar.
Bảng 11: Ảnh hưởng của áp suất đồng hố đến độ nhớt của sản phẩm Áp suất đồng hố (bar) Độ nhớt (cP) Độ nhớt trung bình (cP)
100 16100 16028 16240 16123a
150 16530 16550 16490 16523b
200 17095 17100 17090 17095c
250 17150 17200 17125 17158d
300 17180 17200 17170 17183d
Hình 17: Độ nhớt của mẫu sữa dừa sau đồng hĩa ở các giá trị áp suất khác nhau Theo Bergenstahl và Claesson (1990), trong các yếu tố ảnh hưởng đến sự ổn định của hệ nhũ tương thực phẩm như: hàm lượng béo, kích thước các hạt béo, các chất nhũ hĩa sử dụng, hàm lượng các chất nhũ hĩa so với hàm lượng béo…thì yếu tố kích thước các hạt cầu béo đĩng một vai trị quan trọng nhất trong việc ổn định hệ nhũ. Các hạt cầu béo cĩ kích thước lớn hơn thì sẽ cĩ khả năng hợp giọt nhanh hơn so với các hạt cĩ kích thước nhỏ (Jena, 2005). Để thấy rõ sự giảm kích thước của các hạt cầu béo sau quá trình đồng hĩa, chúng tơi tiến hành lấy mẫu chụp hình bằng kính hiển vi quang học Horiba LB 550 tại Phịng thí nghiệm cơng nghệ Nano – Đại học Quốc gia TPHCM. Chúng tơi khảo sát 3 mẫu:
+ Mẫu sữa dừa sau quá trình ly tâm để đạt được hàm lượng béo khơng thấp hơn 50%
+ Mẫu sữa dừa sau giai đoạn khuấy cơ (Tốc độ khuấy 15200 rpm và thời gian khuấy là 3 phút)
+ Mẫu sữa dừa sau giai đoạn đồng hố áp lực cao (áp suất 200 bar) Kết quả thu được như sau:
Đối với mẫu sữa dừa sau ly tâm, chưa qua đồng hĩa (Hình 18 a,b), chúng ta thấy rằng các hạt cầu béo cĩ kích thước khơng đồng đều nhau. Cĩ hạt cĩ kích thước rất lớn, ngược lại cĩ hạt cĩ kích thước rất nhỏ. Chúng cĩ nhiều hình dạng khác nhau như hình cầu, hình oval, hình ống thon dài. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Đối với mẫu sữa dừa sau giai đoạn khuấy trộn tốc độ cao, chúng ta thấy rằng các hạt cầu béo đã cĩ kích thước giảm đi so với mẫu sau ly tâm ban đầu. Ngồi ra, quá trình khuấy cịn giúp phối trộn các phụ gia và phân bố chúng đều trong dung dịch. Trên hình 19 a, ta thấy hầu hết các hạt cầu béo đã được bao bọc xung quanh 1 lớp màng bởi các chất nhũ hố. Tuy nhiên, do hàm lượng béo trong sữa dừa cao (hơn 50%) nên quá trình khuấy trộn chưa đủ để phân bố đều các phụ gia trong dung dịch nên cũng cĩ những vùng chất béo chưa được bao phủ bởi các chất nhũ hĩa (Hình 19 b).
Sau quá trình đồng hĩa áp lực cao với áp suất 200bar, chúng ta cĩ thể nhận thấy sự khác biệt rõ ràng về kích thước của các hạt cầu béo so với hai mẫu trên (hình 20a,b). Trong quá trình đồng hĩa, các hạt cầu béo cĩ kích thước lớn bị xé nhỏ bởi lực cắt mạnh (high shear force), tạo nên các hạt cầu béo cĩ kích thước đồng đều và nhỏ hơn nhiều so với hạt béo ban đầu. Peamprasart (2006) cũng cho những nhận xét tương tự khi khảo sát hệ nhũ tương sữa dừa cĩ 30% béo. So với mẫu chỉ qua khuấy trộn, các hạt béo của mẫu sau khi đồng hĩa áp lực cao cĩ kích thước nhỏ hơn, được phân bố đều hơn trong dung dịch và hầu hết các hạt béo đã được bao bởi các chất nhũ hĩa, giúp ổn định hệ nhũ, chống lại quá trình hợp giọt và tách pha.
Hình 18a: Mẫu sữa sừa sau khi ly tâm để tăng hàm lượng béo (phĩng đại 400 lần)
Hình 18b: Mẫu sữa sừa sau khi ly tâm để tăng hàm lượng béo (phĩng đại 400 lần)
Hình 19a: Sữa dừa sau khi phối trộn phụ gia (x 400) Hạt béo được bao xung quanh 1 lớp màng phụ gia
Hình 19b: Sữa dừa sau khi phối trộn phụ gia (x 400)
Hình 20 a: Sữa dừa sau khi đồng hĩa áp lực cao 200bar (x 400)
Hạt béo chưa được bao xung quanh 1 lớp màng phụ gia
Hình 20 b: Sữa dừa sau khi đồng hĩa áp lực cao 200bar (x 400)
4.2. Khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng phụ gia đến sự ổn định của hệ nhũ tương Trong thí nghiệm này, chúng tơi cố định tổng hàm lượng Tween 80 và CMC là 0,6% (Hàm lượng này nằm trong giới hạn cho phép của Bộ Y tế). Chúng tơi thực hiện thí nghiệm với 7 mẫu sữa dừa, tỷ lệ khối lượng hai phụ gia Tween 80/ CMC lần lượt là: 1/1; 1/2; 1/3; 1/4; 2/1; 3/1; 4/1
Chúng tơi cố định các thơng số cịn lại như sau:
• Hàm lượng các chất phụ gia khác ( tính theo % khối lượng nguyên liệu):
Xanthan gum : 0,3%
BHT : 0,025%
• Áp lực đồng hĩa 200 bar
• Chế độ tiệt trùng: 1200C – 30 phút
Tất cả các mẫu thí nghiệm trên đều được thực hiện với 3 lần lặp lại để cĩ thể kiểm định thống kê
Kết quả thí nghiệm được trình bày trong bảng 12, hình 21:
Tỷ lệ Tween 80/CMC Chỉ số Nizo Chỉ số Nizo trung bình 4/1 99.54 99.44 99.40 99.46a 3/1 99.43 99.50 99.41 99.45a 2/1 99.52 99.39 99.44 99.45a 1/1 99.45 99.42 99.40 99.42a 1/2 99.38 99.41 99.40 99.40a 1/3 99.38 99.40 99.39 99.39a 1/4 99.39 99.36 99.37 99.37a
a: các giá trị cĩ cùng chữ viết phía trên thì khơng khác nhau cĩ nghĩa với p < 0,05
Hình 21: Chỉ số Nizo của mẫu sữa dừa ứng với các tỷ lệ Tween 80 và CMC khác nhau
Kết quả kiểm nghiệm thống kê cho thấy khơng cĩ sự khác biệt giữa các kết quả thu được. Như chúng tơi đã trình bày ở trên, do độ nhớt của sữa dừa khá cao (các mẫu đều cĩ độ nhớt nằm trong khoảng từ 17500 đến 17680) nên giá trị lực ly tâm được quy định theo phương pháp Nizo khơng đủ lớn để phân tách phần béo cĩ
trong mẫu sữa dừa trong quá trình ly tâm. Chỉ số Nizo cao cho phép khẳng định về độ bền của hệ nhũ tương của sản phẩm trong quá trình bảo quản. Sau khi tiệt trùng các mẫu vừa nêu trên và quan sát, chúng tơi nhận thấy rằng, ở các mẫu cĩ hàm lượng CMC cao (Tỉ lệ Tween 80/CMC là 1/3 và 1/4) thì cấu trúc của sản phẩm khơng tốt, sữa dừa sau tiệt trùng khơng cịn giữ cấu trúc paste, sệt như các mẫu khác mà lại cĩ cấu trúc dạng gel. Theo Kuhnhold (2004), CMC là chất tạo đặc nhưng với hàm lượng cao thì CMC cĩ khả năng tạo gel. Các mẫu cịn lại đều cĩ cấu trúc dạng paste sệt. Do vậy, chúng tơi loại bỏ mẫu cĩ hàm lượng CMC cao là hai mẫu cĩ tỷ lệ phụ gia Tween 80/CMC là 1/3 và 1/4.
Xét về mặt giá thành thì Tween 80 mắc hơn nhiều so với CMC. Giá tham khảo do cơng ty trách nhiệm hữu hạn Trường Phát cung cấp là Tween 80: 650.000đ/kg; CMC: 40.000đ/kg (hố chất cơng nghiệp). Nếu tính trên 1 kg sản phẩm, với các tỷ lệ hai phụ gia được khảo sát như trên, chi phí của hai phụ gia sử dụng sẽ như sau:
Bảng 13: Chi phí của hai phụ gia Tween 80 và CMC (tính cho 1 kg sản phẩm) Tỷ lệ Tween 80/CMC (w/w) Hàm lượng Tween 80 (g) trong 1kg sản phẩm Hàm lượng CMC (g) trong 1 kg sản phẩm Thành tiền (Đồng) 1/1 3 3 2070 2/1 4 2 2680 3/1 4.5 1.5 2985 4/1 4.8 1.2 3168 1/2 2 4 1460 1/3 1.5 4.5 1155 1/4 1.2 4.8 972
Dựa vào các kết quả thu được ở trên, chúng ta cĩ thể thấy rằng đối với mẫu cĩ hàm lượng Tween 80 cao thì giá thành sẽ tăng lên đáng kể. Vì vậy, chúng tơi đề xuất chọn tỷ lệ giữa hai phụ gia Tween 80 và CMC là 1:2 (w/w)
4.3. Sử dụng natri benzoate để ức chế hệ vi sinh vật trong sữa dừa:
Theo Seow và Gwee (1997), sữa dừa tự nhiên bị hư hỏng nhanh chĩng do vi sinh vật, ngay cả khi được bảo quản ở nhiệt độ lạnh. Thời gian cần thiết cho sự nhân đơi một thế hệ vi khuẩn trong sữa dừa giảm từ 232 phút ở 100C cịn 44 phút ở 300C (Fernandez, 1970). Sữa dừa là một mơi trường giàu chất dinh dưỡng cho các vi sinh vật phát triển. Thơng thường, các vi sinh vật nhiễm từ nguyên liệu, từ dụng cụ chứa thiết bị chế biến hay từ mơi trường sản xuất. Những loại vi khuẩn thường gặp bao gồm các giống như Bacillus, Achromobacter, Microbacterium, Micrococcus, Brevibacterium, Penicillium, Geotricum, Mucor, Fusarium, Saccharomyces spp. Sữa dừa nếu thanh trùng ở nhiệt độ 720C – 20 phút chỉ cĩ thể bảo quản được trong vịng 5 ngày ở nhiệt độ 40C, cịn với sữa dừa đĩng lon và tiệt trùng ở 1210C, chúng ta cĩ thể bảo quản sản phẩm ở điều kiện thường trong thời gian lâu hơn. Theo tiêu chuẩn Codex về sữa dừa (Codex stan 240), để tăng cường thời gian bảo quản sản phẩm, chúng ta cĩ thể cho chất chống vi sinh vật là natri benzoat với hàm lượng tối đa là 0,1%. Trên cơ sở đĩ, chúng tơi lần lượt tiến hành thí nghiệm với 3 mẫu sữa dừa, thay đổi hàm lượng phụ gia chống vi sinh vật natri benzoat là 0%, 0,05% và 0,1%. Mẫu sữa dừa được đựng trong bao bì kim loại với dung tích là 150ml. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Chúng tơi cố định các thơng số cịn lại như sau:
• Hàm lượng các chất phụ gia khác( tính theo % khối lượng nguyên liệu):
CMC : 0,4%
Tween 80 : 0,2%
Xanthan gum : 0,3%
BHT : 0,025%
• Áp lực đồng hĩa 200 bar
• Chế độ tiệt trùng: 1200C – 30 phút
Tất cả các mẫu thí nghiệm trên đều được thực hiện với 3 lần lặp lại để cĩ thể kiểm định thống kê. Sau khi tiệt trùng, các mẫu sản phẩm được làm hư gia tốc bằng cách ủ trong điều kiện nhiệt độ 370C và độ ẩm khơng khí 99%. Kết quả kiểm tra tổng số vi khuẩn hiếu khí được trình bày trong bảng 14 và hình 22.
Bảng 14: Tổng số vi khuẩn hiếu khí của các mẫu sừa dừa sau 7, 14, 21 và 28 ngày làm hư gia tốc. Thời gian làm hư gia tốc Hàm lượng Natri benzoat (%) TPC (cfu/ml) TPC trung bình (cfu/ml) 7 ngày 0 0.05 0.1 < 1 < 1 < 1 < 1 < 1 < 1 < 1 < 1 < 1 < 1a < 1a <1a 14 ngày 0 0.05 0.1 2.1x102 2.0x102 2.0x102 1.4x102 1.6x102 1.4x102 1.0x102 1.1x102 1.1x102 2.0x102 b 1.5x102 c 1.1x102 d 21 ngày 0 0.05 0.1 8.6x103 8.5x103 8.6x103 5.0x103 5.0x103 5.1x103 2.3x103 2.3x103 2.3x103 8.6x103 e 5.0x103 f 2.3x103 g
a, b, c, d, e, f, g: các giá trị cĩ cùng chữ viết phía trên thì khơng khác nhau cĩ ý nghĩa với p < 0,05.
Hình 22: Ảnh hưởng lượng natri benzoat đến tổng số vi khuẩn hiếu khí trong các mẫu sừa dừa sau 7, 14 và 21 ngày làm hư gia tốc.
Theo Ngơ Minh Hiếu (2007), tổng số vi khuẩn hiếu khí của mẫu sữa dừa được tiệt trùng ở 1200C – 30 phút, khơng bổ sung Natri Benzoat sau 21 ngày làm hư gia tốc là 8,8x103 cfu/ml. Kết quả chúng tơi thu được đối với mẫu sữa dừa khơng bổ sung Natri benzoat sau 21 ngày làm hư gia tốc là 8.6x103cfu/ml, tương tự như kết quả của nghiên cứu trên.
Kết quả kiểm tra vi sinh cho thấy sau 14 ngày làm hư gia tốc, cĩ sự khác biệt về tổng số vi khuẩn hiếu khí trong các mẫu sữa dừa.
Theo tiêu chuẩn vi sinh về sữa dừa của APCC (Asian and Pacific Coconut Community), tổng số vi khuẩn hiếu khí trong 1 ml sữa dừa là 5x104 cfu. Bảng 17 cho thấy tổng số vi khuẩn hiếu khí của cả 3 mẫu sữa dừa sau 21 ngày làm hư gia tốc đều đạt yêu cầu. Về mặt cảm quan, các mẫu đều cĩ màu trắng, khơng cĩ hiện tượng nổi bọt và khơng cĩ mùi ơi, mùi lạ. Tuy nhiên, việc bổ sung natri benzoat đã làm giảm tổng số vi khuẩn hiếu khí xuất hiện trong các mẫu. Lượng natri benzoat bổ
sung càng nhiều thì tổng số vi khuẩn hiếu khí xuất hiện trong sữa dừa sau 21 ngày làm hư gia tốc sẽ càng ít. Nếu sau 3 tuần làm hư gia tốc, sản phẩm cĩ hàm lượng vi sinh vật vẫn nằm trong giới hạn cho phép, chúng tơi cĩ thể kết luận là thời gian bảo quản sản phẩm ở điều kiện thược sẽ khơng thấp hơn 6 tháng
Chúng tơi đề xuất chọn hàm lượng chất chống vi sinh vật natri benzoat sử dụng cho sữa dừa là 0,05%.
4.4. Xác định hiệu suất thu hồi của quy trình và các chỉ tiêu hố lý và vi sinh của sữa dừa:
Chúng tơi thực hiện tồn bộ quy trình như hình 2 và xác định hiệu suất thu